تصفیه محلول‌های حاوی مس با استفاده از جاذب‌های تولید شده از قارچ موکور ایندیکوس

STUDENT

DEGREE

YEAR

Heavy metal pollution is one of the most important environmental concerns which affects the human life. In order to remove heavy metals, using adsorbents with biological origin is interesting because of their high yield and low expenses. Fungi, especially zygomycetes, are able to remove heavy metals from aqueous solutions. Dimorphic fungus, Mucor indicus is one of the best microorganisms for ethanolic fermentation from lignocelluloses. It also has a chitosan rich cell wall which makes it a good adsorbent for heavy metal removal. In this thesis, the biomass of M. indicus was used to produce different fungal biosorbents. First, copper ions biosorption using chitosan obtained by deacetylation of shrimp chitin and chitosan extracted from M. indicus cell wall were compared. Both chitosans could remove copper ions from aqueous solution with a similar performance. Biosorption process was faster for fungal chitosan and reached equilibrium within three hours. With increasing pH, biosorption capacity was increased, while temperature did not affect the process. Evaluating the performance of M. indicus and its derivatives including cell wall and cell wall components (chitin and chitosan rich fraction) in copper ions removal from aqueous solutions showed that fungal biomass, alkali treated biomass (AIM), and extracted chitosans could effectively remove copper ions. Furthermore, the acid type used for chitosan extraction did not considerably affect the biosorption capacity of chitosans (or chitins), while the process for the biosorbents obtained using acetic acid was faster than that using hydrochloric acid. Biosorption capacity of fungal chitosan and AIM was similar, and the untreated biomass had a weaker performance in comparison to the treated one. Fungal chitin biosorption capacity enhanced with a simple alkali washing. Higher pH values enhanced biosorption capacities. Filamentous and yeast-like morphologies were also used for copper removal from aqueous solutions. For both morphologies, FTIR analysis and potentiometric titration showed the presence of carboxylic, phosphate, and amine groups on cell’s surface. Lipid did not show a considerable effect on biosorption. Basic treatment increased biomass biosorption capacity. Biosorption occurred through ion exchange, complex formation, and physical adsorption. Langmuire model predicted a higher adsorption capacity for filamentous form than the yeast-like one. Alkali treated biomass of both morphologies showed similar performance for copper removal. Ho’s pseudo-second order model predicted the kinetics data of all biosorbents. The order of fungal biosorbents capacity for removal of copper ions presented in effluent of an industrial unit was: chitosan AIM filamentous form biomagt;alkali washed chitin yeast-like biomagt;chitin.

آلودگی با فلزات سنگین یکی از مهم‌ترین مشکلات زیست محیطی است که زندگی انسان و سایر موجودات را تهدید می‌کند. برای حذف آلودگی‌های فلزی، استفاده از جاذب‌های با پایه بیولوژیکی در مقایسه با سایر روش‌ها به دلیل بازده و سرعت جذب بالا و نیز اقتصادی بودن بسیار مورد توجه است. قارچ‌ها به ویژه قارچ‌های زیگومایست قادرند فلزات سنگین را از محلول‌های آبی جدا کنند. موکور ایندیکوس یکی از بهترین میکروارگانیسم‌ها برای تخمیر قندهای تولید شده از هیدرولیز مواد لیگنوسلولزی و تولید اتانول می‌باشد که مورفولوژی‌های مختلفی دارد و دیواره سلولی آن حاوی مقدار زیادی کیتوزان است که باعث می‌شود جاذبی مناسب برای حذف یون‌های فلزات سنگین باشد. در این رساله، از بیومس موکور ایندیکوس برای تولید جاذب‌های مختلف قارچی استفاده شد و عملکرد آن‌ها با یکدیگر مقایسه گردید. نخست، بیوجذب یون‌های مس توسط کیتوزان به دست آمده از داستیله شدن کیتین موجود در میگو و کیتوزان استخراج شده از قارچ موکور ایندیکوس با یکدیگر مقایسه شد. هر دو نوع کیتوزان توانستند در حذف یون‌های مس از محلول‌های آبی با عملکرد مشابه مورد استفاده قرار گیرند. فرآیند جذب برای کیتوزان قارچی سریع‌تر بود و حالت تعادل سه ساعتپس از شروع فرآیند حاصل شد.با افزایش pH، ظرفیت جذب یون‌های مس افزایش یافت، در حالی‌که دما به طور قابل توجهی فرآیند را تحت تأثیر قرار نداد. با مقایسه عملکرد بیومس موکور ایندیکوس و مشتقات آن شامل باقیمانده دیواره سلولی و اجزای دیواره سلولی (اجزای غنی از کیتوزان و کیتین) در حذف یون‌های مس از محلول‌های آبی مشاهده شد که بیومس قارچی، بیومس پیش فرآوری شده با سدیم هیدروکسید (AIM) و کیتوزان استخراج شده از دیواره سلولی قادر بودند به طور مؤثری یون‌های مس را حذف نمایند. نوع اسید استفاده شده برای استخراج کیتوزان به طور قابل ملاحظه‌ای ظرفیت بیوجذب کیتوزان (یا کیتین) را تحت تأثیر قرار نداد ولی فرآیند بیوجذب توسط جاذب‌های تولیدی از کاربرد استیک اسید نسبت به کلریدریک اسید سریع‌تر بود. ظرفیت جذب کیتوزان قارچی و AIM مشابه یکدیگر بود و بیومس پیش فرآوری نشده از نوع پیش فرآوری شده آن کارایی کمتری در جذب یون‌های مس داشت. ظرفیت بیوجذب کیتین قارچی با شستشوی ساده با سدیم هیدروکسید در دمای اتاق افزایش یافت. مقادیر بالای pH عملکرد جاذب‌ها در حذف یون‌های مس را بهبود بخشید. فرم‌های ریسه‌ای و مخمری موکور ایندیکوس در حذف یون‌های مس از محلول‌های آبی به کار رفتند. برای هر دو مورفولوژی، آنالیز FTIR و تیتراسیون پتانسیومتری حضور گروه‌های کربوکسیلیک، فسفات و آمینی را بر روی سطح سلولی بیومس نشان داد. چربی‌ها تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر بیوجذب نشان ندادند. فرآوری بازی ظرفیت جذب بیومس را افزایش داد. فرآیند جذب از طریق تبادل یون‌های مختلف، تشکیل کمپلکس و جذب فیزیکی صورت گرفت. مدل لانگمایر ظرفیت جذب بالاتری برای فرم ریسه‌ای نسبت به فرم مخمری شکل پیش‌بینی نمود. فرم پیش فرآوری شده با باز هر دو نوع مورفولوژی عملکرد مشابهی در حذف یون‌های مس از خود نشان دادند. مدل شبه مرتبه دوم هو داده‌های سینتیکی همه جاذب‌های تولیدی را به خوبی توصیف نمود. ترتیب جاذب‌های قارچی در میزان جذب یون‌های مس از پساب یک واحد آب کاری فلزی به صورتکیتوزان AIM بیومس ریسه‌ای کیتین شسته شده با سدیم هیدروکسید بیومس مخمری کیتین به دست آمد. کلمات کلیدی: تصفیه پساب، دیواره سلولی، قارچ، کیتوزان، کیتین، مس، مورفولوژی، موکور ایندیکوس .